Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Детали машин. Лабораторный практикум.pdf
+
=
()(
=
=
η
η
η
η
Н⋅ мм/дел;
4,6
=К
1
Н⋅ мм/дел;
36
=К
2
и – показания индикаторов 7 и 12 соответственно.
П
П
1
2
111
4.5 Определить по формуле (3) экспериментальный коэффициент по-
лезного действия зубчатого планетарного редуктора.
4.6 Определить по формуле (1) расчетный коэффициент полезного дей-
ствия зубчатого планетарного редуктора.
Таблица 3 – Результаты испытаний
Число оборотов вала
электродвигателя,
n
, об/мин
1
Показания индикатора
7
П ,37
1
Вращающий момент
на валу электродвигателя,
Н ⋅ мм
⋅= КПТ
111
Показания индикатора
12
П
2
Вращающий
момент на
валу тормоза,
Н
⋅
мм
КПД экспериментальный,
формула
(3)
,
КПТ ⋅
222
4.7 Построить график зависимости
,
2
)
. Отметить харак-
nfTf
тер влияния момента сил сопротивления и частоты вращения вала электродвигателя на величину КПД.
5 Содержание и оформление отчета
5.1 Титульный лист.
5.2 Цель работы.
5.3 Кинематическая схема установки.
5.4 Результаты испытаний: таблица 3; графики зависимости
() ()
,
2
.
nfTf ==
5.5 Выводы по лабораторной работе.
6 Вопросы для самоконтроля
1. Расскажите об устройстве и принципе действия установки ДП – 5К.
2. Как определить теоретическое значение КПД?
3. В чем отличие планетарного редуктора от цилиндрического?
4. Объясните принцип измерения вращающих моментов.
5. Поясните принцип работы нагрузочного устройства.
6. От чего зависит КПД редуктора?
7. Как определить передаточное отношение планетарного редуктора?
8. Как определить КПД редуктора опытным путем?
9. Нарисуйте кинематическую схему установки.
10. Воспроизведите порядок проведения лабораторной работы.
11. Каково назначение нагрузочного устройства?
γ
γ
γ
f
f
f
g
ϕ
f
112
Лабораторная работа 11
ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ
ЧЕРВЯЧНОГО РЕДУКТОРА
1 Цель работы
•
Аналитическое определение коэффициента полезного действия (КПД)
червячного редуктора.
•
Экспериментальное определение КПД червячного редуктора.
Сравнение и анализ полученных результатов.
•
2 Теоретические положения
Основные положения, определяющие преобразование энергии в механизмах, изложены в работе по исследованию КПД зубчатого редуктора (лабораторная работа 8).
КПД червячного редуктора определяют по формуле:
η
Т
()
2,01)99,0...96,0( , (1)
⋅−⋅=
tg
f
ϕγ
+
tg
где – угол подъема витка по делительному цилиндру червяка,
0
= 11
19′ (из технической характеристики);
(0,96… 0,99) – меньшее значение коэффициента принимается для переда-
чи на подшипниках скольжения, большее значение – для передачи в подшипниках качения;
– коэффициент трения в червячной передаче (в зависимости сочетания
материалов, сталь – бронза
arct
=
– угол трения.
= 0,02… 0,15);
(1 – 0,2· ) – коэффициент, учитывающий потери при скольжении зубьев
червячного колеса по виткам червяка.
3 Описание объекта исследования, приборов и инструментов
Данная лабораторная работа выполняется на установке ТММ-39К, служащей для экспериментального определения КПД червячного редуктора. Техническая характеристика установки приведена в таблице 1.
γ
113
Таблица 1 – Технические параметры установки ТММ-39К
Буквенное
Наименование параметра
обозначение
величины
Передаточное число редуктора 28
Число заходов червяка 3
Число зубьев червячного колеса 84
Модуль передачи, мм
Угол подъема винтовой линии
Z
Z
m
и
1
2
q
Число оборотов вала электродвигателя, об/мин 1360
⋅
Номинальный момент на ведущем валу, Н
Тормозной момент на выходе редуктора, Н
мм
⋅
мм
n
1
T
1
T
2
Значение
2
0
11
16 Коэффициент диаметра червяка
200
до 3000
Все узлы установки ТММ-39К (рисунок 1) смонтированы на литом основании 1, а элементы электросхемы внутри основания.
19′
Рисунок 1 – Принципиальная схема установки ТММ-39К
Электродвигатель 2 имеет статор, установленный на шарикоподшипниковых опорах в кронштейнах 3, 4 таким образом, что может вращаться вокруг
общей оси с ротором (балансирный электродвигатель). На статоре закреплена
призма 5, которая при вращении электродвигателя упирается в плоскую пружину 6, укрепленную на основании установки и ограничивающую вращение
статора. Червячный редуктор 7 включает в себя трехзаходный червяк и червячное колесо, которые смонтированы на шарикоподшипниковых опорах в чугунном корпусе.
Выходной конец вала червяка соединен через муфту 8 с валом электродвигателя.
114
На валу червячного колеса закреплен шкив 9 тормозного устройства, которое служит для создания момента на выходном валу редуктора и имитирует
рабочую нагрузку. Устройство состоит из тормозного шкива 9 и двух скоб 10
с тормозными колодками 11, охватывающими шкив.
Изменение усилия колодок осуществляется вращением рукоятки 12 при
этом цилиндрическая пружина, размещенная в стакане 13, меняет свою длину
и этим самым изменяет усилие прижима тормозных колодок к шкиву.
Нижняя скоба нагрузочного устройства при вращении червячного колеса
упирается в плоскую пружину 15, укрепленную на кронштейне 14 и ограничивающую вращение скоб.
При максимальной нагрузке прибор не включать!
Нагрузочный момент рекомендуется создавать плавно. При нагруженном
тормозе рекомендуется работать не более 10 минут.
Измерительные устройства состоят из плоских пружин 6, 15, закрепленных на кронштейнах 3, 14 и индикаторов часового типа 16, 17, упирающихся
своими стержнями в пружины. Прогибы пружин этих индикаторов соответствуют величинам моментов на валу червяка и червячного колеса, т.е. величинам
момента сил движущих и момента сил сопротивления (тормозного).
Число оборотов двигателя может быть измерено по тахометру, подключаемому к свободному концу вала червяка.
Пуск электродвигателя производится поворотом ручки выключателя 18.
Остановка электродвигателя производится поворотом ручки выключателя
в обратную сторону.
При первичном запуске установки требуется: снять полностью тормозной
момент для предупреждения вращения тормоза в обратную сторону. Ручку
тормоза рекомендуется придерживать рукой. Во избежание удара по плоской
пружине 6, нужно установить подкладку под корпус электродвигателя (после
пуска ее убирают).
При пуске электродвигателя 2, вращение ротора передается через редуктор 7 шкиву 9. Между шкивом и тормозными колодами 11 возникают силы
трения, создающие момент сил сопротивления или тормозной момент.
1- электродвигатель; 2 – муфта; 3 – редуктор; 4 – тормоз.
Рисунок 2- Кинематическая схема установки ТММ-39К
η
η
η
ηМη
⋅
=
,
115
Этот момент поворачивает тормозное устройство, которое действует на
пружину 15 и изгибает ее. Тормозной момент определяется по показаниям индикатора 16.
В то же время реактивный момент, возникающий при пуске электродвигателя 2, стремится повернуть статор в направлении, обратном направлению
вращения ротора. Призма 5, закрепленная на статоре действует на пружину 6
и изгибает ее. Реактивный момент двигателя, равный моменту движущих сил,
определяют по показаниям индикатора 17.
Кинематическая схема установки ТММ – 39К представлена на рисунке 2.
4 Методика проведения исследований и обработки результатов
4.1 КПД червячного редуктора определяется как отношение момента на
валу нагрузочного устройства к моменту на валу электродвигателя, при условии, что передаточное число редуктора величина постоянная.
Т
η
=
1
2
uТ
, (2)
ηη
⋅⋅⋅
МП
где – момент сил сопротивления (вращающий момент на валу тормо-
T
2
за), Н
теля), Н
⋅
мм;
– момент сил движущих (вращающий момент на валу электродвига-
М
⋅
мм;
u – передаточное число червячного редуктора;
– КПД подшипниковых опор, на которых установлен электродвига-
П
тель ( = 0,99);
П
– КПД упругой муфты (
М
= 0,99).
Испытания для определения моментов сил движущих и сил сопротивления выполняют в следующей последовательности. Результаты испытаний вносят в таблицу 2.
Таблица 2 – Результаты испытаний
Показания Вращающий
индикатора
17
П
1
момент на
валу электродвигателя,
КПТ ⋅=
Н· мм
Показания
индикатора
16
П
2
111
⋅
Вращающий
момент на
валу тормоза,
Н⋅ мм
КПД КПД
экспериментальный
формула (2)
,
КПТ
222
расчетный,
формула (1)
4.2 Установку пакетным выключателем подключают к сети и без нагруз-
ки прогревают.
⋅
⋅
=
(
=
η
(
η
116
4.3 После каждого измерения индикаторы устанавливают на нуль.
4.4 Вращением маховика 12 сближают скобы 10 и создают тормозной
момент на валу червячного колеса. Показания индикатора 15 не должно быть
-2
более 90 ⋅ 10
мм. Снимают отсчеты по индикаторам 17 ( ) и 16 ( ).
П
1
П
2
4.5 Увеличивая прижим тормозных колодок 11 к шкиву 9 , последова-
тельно создают ряд тормозных моментов, для каждого из которых снимают отсчеты обоих индикаторов ( и )
П
П
1
2
4.6 Определить вращающие моменты на валах электродвигателя и тор-
моза:
,
,
=
ПКТ
111
ПКТ
222
где и
К
1
= 175,2 Н⋅ мм/дел , = 270,8 Н⋅ мм/дел .
К
1
– коэффициенты пропорциональности (тарировочные):
К
2
К
2
4.7 Определить по формуле (2) экспериментальный коэффициент по-
лезного действия червячного редуктора.
4.8 Определить по формуле (1) расчетный коэффициент полезного дей-
ствия червячного редуктора.
)
4.9 Построить график зависимости
.
Tf
2
5 Содержание и оформление отчета
5.1 Титульный лист.
5.2 Цель работы.
5.3 Кинематическая схема установки.
)
5.4 Результаты испытаний: таблица 3; графики зависимости
.
Tf=
2
5.5 Выводы по лабораторной работе.
6 Вопросы для самоконтроля
1. Какова цель работы?
2. Опишите устройство лабораторной установки ТММ-39К.
3. Принцип работы установки ТММ-39К.
4. Как производится нагружение червячного редуктора?
5. Каков принцип измерения вращающих моментов на установке?
6. Как определяется КПД в червячной передаче расчетным путем?
7. Как определяется КПД редуктора опытным путем?
8. Нарисуйте кинематическую схему установки.
9. Порядок проведения испытаний на установке ТММ-39К.
10. От чего зависит КПД редуктора?
11. Методы повышения КПД.
12. Как определить передаточное отношение редуктора?
117
Лабораторная работа 12
ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ВАЛОВ
1 Цель работы
• Ознакомиться с основными типами валов.
•
Освоить навыки выполнения эскиза вала с образца, ознакомиться с
правилами выполнения рабочих чертежей валов в соответствии с нормативами и требованиями ЕСКД.
Освоить навыки пользования нормативными таблицами для определе-
•
ния размеров основных конструктивных элементов вала.
Ознакомиться с системой допусков и посадок, шероховатостью по-
•
верхностей, обозначением их на чертеже.
2 Теоретические положения
2.1 Общие сведения
На валах и осях размещают вращающиеся детали: зубчатые колеса, шкивы, барабаны и т.п.
Вал – деталь, предназначенная для поддержания вращающихся вместе с
ним деталей (шкивов, зубчатых колес и т.п.) и для передачи вращающего момента.
При работе вал испытывает изгиб и кручение, а в отдельных случаях растяжение и сжатие.
Ось – деталь, предназначенная только для поддержания вращающихся
вместе с ней деталей.
В отличие от вала ось не передает вращающего момента и работает только на изгиб. В машинах оси могут быть неподвижными или же могут вращаться
с насаженными на них деталями (подвижные оси).
2.2 Классификация валов и осей
Оси представляют собой прямые стержни, а валы различают прямые (рисунок 1, а); коленчатые (рисунок 1, б); кривошипные (рисунок 1, в) и гибкие
(рисунок 1, г).
Кривошипные и коленчатые валы используют для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное (поршневые двигатели) или
наоборот (компрессоры). Гибкие валы передают вращение между узлами машин, меняющими свое положение в работе (зубоврачебные машины).
По конструктивным признакам валы и оси делят на гладкие (рисунок 2) и
ступенчатые (рисунок 1, а).
118
а)
в)
б)
г)
Рисунок 1 – Валы
Наиболее распространены ступенчатые валы, т.к. их форма удобна для
установки на них деталей, а также монтажа деталей при посадках с натягом.
По типу сечения валы и оси бывают: сплошные (рисунок 2, а) и полые
(рисунок 2, б). Полыми валы изготовляют для уменьшения веса или когда через валы пропускают другую деталь, подводят масло и пр.
а) б)
Рисунок 2 – Типы сечения валов
Выходные концы валов выполняют коническими или цилиндрическими
(рисунок 1, а).
Преимущественное распространение приобретает коническая форма концевого участка вала, обеспечивающая точное и надежное соединение, возможность легкого монтажа и снятия устанавливаемых деталей.
2.3 Конструктивные элементы валов
Конструкция валов определяется деталями, которые на них размещаются
и расположением опор.
При конструировании валов и осей принимают во внимание технологию
сборки и разборки, механическую обработку, расход материала и пр.
В конструкции ступенчатого вала условно выделяют следующие элементы: концевые участки; участки перехода от одной ступени к другой; места посадки подшипников, уплотнений и деталей, передающих момент вращения.
Каждый элемент имеет свое название (рисунок 3).
Цапфа (Ц)
Шипом
– участок вала (оси), которым он опирается на подшипник.
называется цапфа, расположенная на конце вала (оси) и предна-
значенная для восприятия, в основном, радиальной нагрузки.
119
Пятой называется цапфа, расположенная на конце вала (оси) и предназначенная для восприятия, в основном, осевой нагрузки.
Шейкой
называется промежуточная цапфа, расположенная в средней час-
ти вала (оси).
Заплечик (З)
– переходная торцевая поверхность от одного сечения вала
(оси) к другому, предназначенная для упора деталей, установленных на валу
или оси.
Рисунок 3 – Элементы валов
Буртик (Б)
– кольцевые утолщения вала (оси), составляющее одно целое
с валом (осью).
Канавка (К)
– углубление на поверхности меньшего диаметра между со-
седними ступенями валов: предназначена для плотного прилегания насаживаемой детали к заплечику (буртику), выхода шлифовального круга, при обработке
поверхности меньшего диаметра, выхода резьбонарезного инструмента. Эти
канавки повышают концентрацию напряжений.
Галтель (Г)
– криволинейная поверхность плавного перехода от меньше-
го сечения вала (оси), к плоской части заплечика или буртика.
Фаска (Ф)
– скошенная часть боковой поверхности вала (оси) у торца ва-
ла (оси), заплечика, буртика. Служит для облегчения сборки и предотвращения
травмирования рук.
Радиусы закруглений галтелей, размеры фасок принимают по ГОСТ
12080-66 в зависимости от диаметра вала.
Шпоночный паз
(Ш) – углубление в валах для установки шпонок. Выпол-
няют на участках крепления деталей, передающих вращающий момент.
Размеры шпоночных пазов принимают по ГОСТ 23360-78.
120
Благодаря массовому применению валов и осей в механизмах, для них
выработаны нормативы на выполнение различных конструктивных элементов.
2.4 Материалы валов и осей
Материалы должны быть прочными, хорошо механически обрабатываться. Валы и оси изготовляют преимущественно из углеродистых и легированных
сталей. Для валов и осей без термообработки применяют: стали 35, 40, 45, Ст.
3, Ст. 4, Ст. 5. Оси и валы, к которым предъявляют повышенные требования,
выполняют из среднеуглеродистых или легированных сталей 45, 40Х и других.
Тяжелонагруженные валы сложной формы изготовляют из модифицированного или высокопрочного чугуна.
2.5 Размеры, предельные отклонения, допуски и посадки
Геометрические параметры валов количественно оцениваются размерами.
Размер
– числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т.д.)
в выбранных единицах измерения. На чертежах деталей проставляют номинальные размеры в миллиметрах.
Номинальным размером называют размер изделия, полученный по расче-
ту или выбранный по конструктивным соображениям. Изготовленные изделия
всегда имеют некоторые отклонения от номинальных размеров.
Действительные размеры получают путем измерения готовой детали.
Точность детали по геометрическим параметрам задается через точность геометрических размеров – в виде отклонений.
Верхнее предельное отклонение – алгебраическая разность между наибольшим допустимым предельным и номинальным размерами.
Нижнее предельное отклонение – алгебраическая разность между наименьшим допустимым предельным и номинальным размерами.
Допуск – разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами.
Поле допуска
– зона, ограниченная верхним и нижним отклонениями, оп-
ределяется числовым значением допуска.
К различным соединениям предъявляют неодинаковые требования в отношении точности изготовления. Поэтому система допуска содержит 19 квалитетов: 01; 0, 1, 2, 3,… 17, расположенных в порядке убывания точности.
Квалитет
– совокупность допусков с одинаковой относительной точно-
стью для всех номинальных размеров диапазона. Допуски в квалитетах 01… 4
предназначены для измерительных инструментов, квалитеты 5… 13 дают допуски для сопрягаемых размеров деталей, квалитеты 14… 17 для несопрягаемых размеров.
На посадочные места вала, т.е. на поверхности вала, сопряженные с другими деталями (подшипниками, муфтами, зубчатыми колесами и др.), задают
поля допусков в соответствии с посадками, показанными на сборочных чертежах (рисунок 4).
Характер соединения деталей называют посадкой. Характеризует посадку разность размеров деталей вала и отверстия до сборки.